FR3083863A1 - Procede d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor d'une machine synchrone a rotor bobine - Google Patents
Procede d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor d'une machine synchrone a rotor bobine Download PDFInfo
- Publication number
- FR3083863A1 FR3083863A1 FR1856535A FR1856535A FR3083863A1 FR 3083863 A1 FR3083863 A1 FR 3083863A1 FR 1856535 A FR1856535 A FR 1856535A FR 1856535 A FR1856535 A FR 1856535A FR 3083863 A1 FR3083863 A1 FR 3083863A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- rotor
- estimating
- phase
- speed
- estimation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 101001116774 Homo sapiens Methionine-R-sulfoxide reductase B2, mitochondrial Proteins 0.000 description 2
- 102100024862 Methionine-R-sulfoxide reductase B2, mitochondrial Human genes 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 244000145845 chattering Species 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
- H02P6/183—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using an injected high frequency signal
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
- H02P21/28—Stator flux based control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
L'invention concerne un procédé d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor (50) d'une machine synchrone à rotor (50) bobiné alimenté par un réseau électrique triphasé, comprenant : - une étape d'injection dans le réseau électrique triphasé d'un signal de tension haute-fréquence ; - une étape de démodulation (101) des courants transformés par la deuxième étape de transformation (101) comprenant un filtrage passe-haut ou passe-bande, et permettant de déterminer un signal d'erreur d'estimation (e) ; - une étape d'estimation (102) du déphasage (Φcomp) produit par l'accélération rotorique et par le filtrage passe-haut ou passe-bande de l'étape de démodulation (101) pour affiner le signal d'erreur d'estimation (E) déterminé lors de l'étape de démodulation (101) ; - une étape de séparation (103) de la composante haute fréquence de la basse fréquence des courants mesurés ; le procédé comprenant en outre une deuxième partie (12) d'estimation pas-à-pas de la position de la vitesse et de l'accélération rotorique, à paramètres de gains découplés les uns des autres, en fonction du signe de l'erreur d'estimation obtenue.
Description
Procédé d’estimation de la vitesse et de la position d’un rotor d’une machine synchrone à rotor bobiné
L’invention se rapport au domaine des machines électriques synchrones à rotor bobiné.
Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé de détermination de la position et de la vitesse du rotor d’une machine électrique synchrone à rotor bobiné.
Pour contrôler une machine électrique synchrone à rotor bobiné (abrégé en MSRB), il est généralement nécessaire de connaître la position et la vitesse du rotor.
Une solution bien connue de l’art antérieur consiste à installer sur l’arbre mécanique de la machine un ou plusieurs capteurs mécaniques de position et de vitesse.
Cependant, ces capteurs mécaniques sont coûteux, encombrants, sensibles à l’environnement (température, bruits, oscillations mécaniques, compatibilité électromagnétique, etc.) et réduisent la fiabilité du système.
Aussi, pour éviter d’utiliser des capteurs mécaniques, des procédés de contrôle sans capteur mécanique ont été développés pour assurer un contrôle de qualité identique, voire meilleur, que celui du contrôle avec capteur mécanique.
Habituellement, ces procédés de contrôle sans capteur utilisent des procédés d’estimation de la position/vitesse mécanique, aussi appelés capteurs logiciels, en boucle fermée, se basant sur la seule mesure des courants.
On connaît aussi des procédés d’estimation de la position/vitesse du rotor par injection de signaux haute fréquence, tel que décrit dans le document US2004070360 A1, qui a pour effet de permettre une détection moins dépendante des paramètres de la machine.
Cependant ces procédés restent tout de même dépendants des paramètres des machines électriques, et plus particulièrement pour les MSRB, des inductances statoriques vues par le rotor. De plus ces techniques reposent sur la connaissance des caractéristiques de signal injecté, telles que l’amplitude et la fréquence.
Aussi, il existe le besoin d’un procédé d’estimation de la position/vitesse plus fiable et moins dépendant des paramètres de la machine électrique synchrone à rotor bobiné.
A cet effet, on propose un procédé d’estimation de la vitesse et de la position d’un rotor d’une machine électrique synchrone à rotor bobiné alimenté par un onduleur triphasé, comprenant :
- une étape de mesure des courants triphasés en entrée de la machine synchrone à rotor bobiné ;
- une étape de transformation des courants triphasés mesurés dans un repère diphasé ;
- une première partie comprenant :
- une étape d’injection d’un signal de tension haute-fréquence en entrée de la machine ;
caractérisé en ce que la première partie comprend en outre la détermination d’une valeur d’erreur de position du rotor comportant :
- une deuxième étape de transformation des courants mesurés transformés dans un repère diphasé par une rotation de π/4 radians ;
- une étape de démodulation des courants transformés par la deuxième étape de transformation comprenant un filtrage passe-haut ou passe-bande, et permettant de déterminer un signal d’erreur d’estimation ;
- une étape d’estimation du déphasage produit par l’accélération rotorique et par le filtrage passe-haut ou passe-bande de l’étape de démodulation pour affiner le signal d’erreur d’estimation déterminé lors de l’étape de démodulation;
- une étape de séparation de la composante haute fréquence de la composante basse fréquence des courants mesurés ; ladite étape de séparation étant indépendante d’un filtrage passe-bas et permettant la détermination du signe de l’erreur d’estimation de la position rotorique ;
le procédé comprenant en outre une deuxième partie d’estimation pas-à-pas de la position, de la vitesse et de l’accélération rotorique, à paramètres de gains découplés les uns des autres, en fonction du signe de l’erreur d’estimation obtenue.
Ainsi, on peut obtenir une estimation relativement simple et robuste de la position, de la vitesse et de l’accélération du rotor bobiné, en fonction du seul signe de l’erreur d’estimation obtenue, lequel est défini en fonction d’un signal d’erreur calculé à partir de l’injection d’une tension haute fréquence. Ceci permet en particulier d’obtenir des valeurs d’estimation de la position, de la vitesse et de l’accélération du rotor indépendantes les unes des autres, et plus particulièrement calibrées par des gains indépendants les uns des autres.
Avantageusement et de manière non limitative, l’étape de démodulation comprend un filtrage passe-haut desdits courants. Ainsi, la démodulation est relativement simple et robuste et ne génère pas de retard sur l’estimation obtenue par rapport à la position rotorique.
Avantageusement et de manière non limitative, l’étape d’estimation du déphasage comprend un filtrage basse-fréquence. Ainsi l’estimation du déphasage est relativement simple et performante.
Avantageusement et de manière non limitative, l’étape d’estimation du déphasage comprend une boucle à verrouillage de phase. Ainsi l’estimation du déphasage est asservie de manière relativement robuste.
Avantageusement et de manière non limitative, l’étape de séparation de la composante haute fréquence de la composante basse fréquence des courants mesurés comprend le calcul d’un signal d’erreur d’estimation de la position rotorique définit par l’équation :
e = -V2Icn [sin (2(θ - θ))] cos(œct + φεοιηρ) dans laquelle lcn est l’amplitude de la composante négative du courant statorique, œc la pulsation du signal haute-fréquence injecté, φεοιγΐρ le déphasage estimé, et θ - θ l’erreur de position rotorique.
Ainsi, on peut déterminer simplement le signe de l’erreur de position rotorique à partir du signal d’erreur d’estimation, ce qui permet ensuite de mettre en œuvre la deuxième partie du procédé pour obtenir une estimation simple et robuste de la vitesse, de la position et de l’accélération du rotor.
Avantageusement et de manière non limitative la deuxième partie comprend la mise en œuvre d’au moins un filtre passe-bas. Le filtre passe-bas permet de limiter les phénomènes de broutements de la fonction signe de l’erreur de position du rotor.
En particulier, ledit filtre passe-bas est d’ordre 4. Ainsi, un tel filtre ne génère aucun effet indésirable, tel qu’un déphasage, pour l’estimation de la vitesse de la position et de l’accélération du rotor.
L’invention concerne aussi un dispositif d’estimation de la vitesse et de la position d’un rotor comprenant des moyens pour mettre en œuvre un procédé tel que décrit précédemment.
L’invention concerne aussi un ensemble électrique comprenant une machine électrique synchrone à rotor bobiné, et un dispositif d’estimation tel que décrit précédemment.
L’invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un ensemble électrique tel que décrit précédemment.
D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d’un ensemble de commande d’une machine électrique selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 2 est une vue schématique d’un procédé d’estimation selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 3 est une représentation d’une étape d’estimation du déphasage des courants statoriques du procédé selon le mode de réalisation de la figure 2;
- la figure 4 est une représentation d’une étape de séparation hautefréquence / basse fréquence, indépendante d’une filtre passe-bas du procédé selon le mode de réalisation de la figure 2;
- la figure 5 est une vue de la deuxième partie d’estimation du procédé selon le mode de réalisation de la figure 2 ; et
- la figure 6 est une représentation des transformations géométriques des courants par rapport à un repère rotorique,
- et la figure 7 est une représentation de l’algorithme de poursuite selon l’équation (12).
En référence à la figure 1, un ensemble de commande d’une machine électrique 1, par exemple ici un véhicule automobile électrique 1, comprend un dispositif de consigne de couple 2, par exemple une pédale d’accélérateur 2, pour requérir un couple à la machine électrique.
La consigne de couple résultat du dispositif de consigne de couple 2 est ensuite traitée par un régulateur 3 de courant, puis par un onduleur 4, afin de fournir un courant de commande adapté à la machine électrique 5, ici une machine électrique synchrone à rotor bobiné 5.
Afin de permettre une commande performante de la machine, il est nécessaire de connaître la position de son rotor, autrement dit sa position angulaire par rapport au stator, sa vitesse, et avantageusement son accélération. A cet effet on met en œuvre un procédé d’estimation 6.
Les figures 2 à 6 se rapportant à un même mode de réalisation du procédé d’estimation selon l’invention, elles seront commentées simultanément.
Le procédé d’estimation 6 de la vitesse et de la position du rotor 50 d’une machine synchrone à rotor bobiné comprend une étape de mesure 10 des courants triphasés, et deux parties de procédé : une première partie 100 de traitement du signal et de démodulation et une deuxième partie 200 d’estimation de la position et de la vitesse en fonction des résultats de la première partie.
Tout d’abord le procédé met en œuvre une étape de mesure 10 des courants triphasés ia, ib, ic en entrée de la machine synchrone à rotor bobiné. Cette étape n’est cependant pas obligatoirement réalisée avant la première partie 100 du procédé, elle peut aussi être réalisée pendant la première partie 100 du procédé, par exemple avant qu’il ne soit nécessaire de faire appel aux valeurs de courants triphasés mesurés ia, ib, ic.
Ensuite on procède à une transformation des courants triphasés mesurés ia, ib, ic dans un repère diphasé αβ.
A cet effet on applique une transformation dans le repère rotorique 50, tel que représenté en figure 6. Aussi, à partir des courant triphasées mesurés ia, ib, ic, nous déduisons le système de courants diphasés ia(fc) ipÇk) mesurés par application de l’équation suivante :
V3
^α(Λ) ifc(fc) ic(fc) (1)
Cette équation (1) décrit la mesure des courant triphasés ia, ib, ic selon une transformation 13 triphasé-diphasé statique dans un repère αβ, ici une transformée de Concordia.
Afin de modéliser le comportement haute fréquence des machines synchrones, on applique ensuite un modèle basé sur les deux équations suivantes :
- Un modèle tension-flux : v! «—1 (1)
- Un Modèle courant-flux : i| = 2 (ί0Ψ5 5 - Ι^Ψ^εΐθ) (2)
Dans lesquelles Lo = Ld^Lq et Lo = Ld2Lq sont respectivement les inductances moyenne et différentielle de la machine, Ld et Lq sont les inductances des axes d et q du repère diphasé tournant d-q, qui est le repère de Park, vf et i| représentent les tensions et courants triphasés de la machine, respectivement vu au stator et Ψ.? est le flux magnétique statorique de la machine),
Pour estimer la position, la vitesse et l’accélération des machines à courant alternatif, on met en œuvre une technique dite technique puisante avec un décalage de sur la mesure du courant dans le repère diphasé estimé (d/q), (Le repère estimé représentant le repère du Park estimé). Aussi le repère d’axes dm et qm est décalé du repère d’axes d’injection d et q de .
On injecte une tension haute fréquence sur l’axe (d/q) et on mesure le courant sur l’axe dm et qm
Le déphasage angulaire est représenté notamment dans un repère rotorique 50 en référence à la figure 6.
La technique puisante permet d’injecter une tension haute fréquence (HF) dans le repère diphasé estimé (d/q ):
vd = —Vc sin(œct) , vq = 0 (3)
Où :
Vc est l’amplitude de la tension HF injectée ;et cûc est la pulsation de la tension HF injectée.
En référence à la figure 6, le courant i™ dans le repère décalé de par rapport au repère d’injection est obtenu comme suit :
iP = lcp cos(œct) efi - Icn cos(œct) e j(20_20+7) + i^e-^0-^ (4)
Avec lcp = L°Vc , Icn = ,. n2/c,2. et ih qui sont respectivement r wctL0_L2) wctL0_L2) l’amplitude de la composante positive Icp, l’amplitude de la composante négative Icn et la composante fondamentale du courant statorique θ étant la position du rotor, et θ la position estimée du rotor.
On met alors ensuite en œuvre une étape de démodulation 101 du signal résultant après l’injection de la tension haute-fréquence.
A cet effet, un filtre passe-haut, abrégé en HPF de l’anglais High-Pass Filter, ou selon une alternative un filtre passe-bande, abrégé en SFF de l’anglais Single-Frequency Filtering, est employé pour filtre le courant I™ dans le repère déphasé de de sorte à en supprimer la composante fondamentale.
Le courant haute-fréquence (ï™Hf) résultant est obtenu selon l’équation suivante :
| m _ | lim 1 'd.HF | |cpy-lc„cos((2(0-S)+ï)' | |
| Ç.hf — | im Jq.HF, | JcPy-lc„sin«2(e-ê)+i) |
cos(coct) (5)
Ce qui donne par développement trigonométrique :
r;m jm _
Ç.hf — Jd,HF im
Jq.HF lcp y - y lc„ [cos((2(0 - ê) - sin(2(θ - Θ))] lcp y - y Ic„ [ sin (2(e - ê)) + cos(2(0 - Ô))] cos(coct) (6)
Dans ce développement, la différence i™HF - i™HF est utilisée pour extraire le signal d’erreur d’estimation de la position (θ - Θ). L’extraction 101 du signal d’erreur d’estimation de la position (θ - Θ) correspondant à la démodulation 101 du signal.
e = î™hf - ictHF = -^2Icn [sin (2(θ - θ))] cos(œct) (7)
Le signal d’erreur d’estimation e est formalisé selon l’équation (7), or l’erreur angulaire θ - θ entre la position du rotor et la position estimée du rotor est fonction de ce signal d’erreur d’estimation e.
Aussi, par l’analyse du signal d’erreur d’estimation e on pourra, tel que décrit ci-après, déduire le signe de l’erreur de position θ - θ en fonction du signe du signal d’erreur d’estimation e. Le signe de l’erreur de position θ permettant de déterminer dans la deuxième partie du procédé l’estimation de la position, de la vitesse et de l’accélération rotorique.
Une fois le signal d’erreur d’estimation e obtenu, selon l’équation (7), autrement dit, une fois la démodulation effectuée, on met en œuvre une étape d’estimation du déphasage 102, tel que représenté figure 3.
Les variations de la vitesse pendant les phases d’accélération de la machine engendrent un déphasage 4>acc au niveau de la porteuse du signal (cos(œct+ 4acc)).
L’utilisation d’un filtre passe-haut HPF dans l’étape de démodulation 101, ou selon une alternative un filtre passe-bande, abrégé en SFF de l’anglais Single-Frequency Filtering, produit aussi un déphasage φΗΒρ au niveau de la porteuse (cos(coct + φΗΒΡ)).
Par conséquent, le signal de la porteuse subit ces retards et son expression, telle que formulée précédemment à l’équation (7) devient :
e = A cos(œct + φ0ΟΙγ1ρ) (8) avec A V2Icn [sin ^2ζθ θ)^] Φεοιηρ ΦηΒΡ Έ Φπεε·
Pour extraire l’erreur d’estimation de la position localisée dans le terme A, on multiplie e par le terme cos(œct + $comp), d’où la nécessité d’estimer le déphasage φεοιηρ.
En multipliant l’erreur d’estimation de l’équation (8) par le terme sin(œct + $comp)< on obtient :
e * sin(œct + $COmp) = A cos(œct + φοοηιρ) * sin(œct + $COmp) (9) et * sin(œct + φοοιηρ) — 2 [$in(2cûct + φε0Γηρ 1 Φεοιηρ) + ^ίηζφεοπιρ Φεοιηρ)] (10) en appliquant un filtre passe-bas (abrégé en LPF de l’anglais Low-Pass
Filter), on obtient :
LPF(e * SÎn(œct + φοοιηρ)) — ~sin(^comp — Φεοιηρ) (11)
Et en appliquant à (11) un algorithme de poursuite, ici une boucle à verrouillage de phase, abrégé en PLL de l’anglais Phase Loop Lock, nous pouvons calculer l’estimation du déphasage φεοηιρ :
PLL(LPF(e * sin(wct + φοοιηΡ))) — PLL( — 5Ϊη^φε0Γηρ — φοοιτψ)) — ΦεοιηΡ (12)
Cette estimation du déphasage φεοιγΐρ permet alors d’obtenir :
Φεοιηρ — Φεοιηρ
Et donc,
COs(cûct + Φοοιηρ) * COs(cûct + Φοοιηρ) [cos(cûct + Φοοιηρ)]
En effet, l’objectif de l’estimation du déphasage est de reconstruire le signal de la porteuse haute fréquence cos(œct + $comp) pour obtenir le carré de cette composante, carré de la porteuse (la haute fréquence) [cos(œct + Φεοιηρ)] >ou Ιθ Φεοιηρ ost une grandeur inconnue.
Les calculs précédents permettent d’estimer le déphasage φεοιγΐρ, qui est égal à $comp une fois que l’estimateur a convergé.
Aussi, l’erreur d’estimation du déphasage est envoyée à des étapes de poursuite et d’optimisation d’erreur (PLL), en référence à la Figure 7 pour faire converger ΦοογπΡ θ ΦεοιηΡ·
Ensuite on met en œuvre une étape 103 de séparation de la composante haute fréquence de la basse fréquence, permettant d’éviter l’utilisation de filtre passe-bas (LPF). On parle alors dans la suite de la description d’étape de suppression des LPF 103.
L’erreur d’estimation e contenant la position de la machine a été déterminée précédemment de sorte qu’on peut l’exprimer selon l’équation suivante :
e = -V2Icn [sin (2(θ - θ))] cos(œct + φεοιηρ) (13)
En multipliant cette dernière avec le terme contenant le déphasage cos(coct + φε0Γηρ)> on obtient : e * cos(œct + $comp) = -V2Icn [sin(2(0 - θ))] [cos(œct + $comp)]2 (14)
Dans le cadre des machines à rotor bobiné saillant, dites machines saillantes, [cos(œct+ $COmp)]2 > θ et - Icn > 0 car Lq > Ld.
Aussi :
sign(e * cos(œct + φεοιηρ) = sign (-V2Icn [sin (2(0 - θ))] [cos(œct + φε0πιρ)]2) = sign (- IcnV2) * signfsin (2(θ - θ))] * sign (fcos(œct + $COmP)]2) = sign( [sin (2(0 - Ô))] (15) avec :
sign[sin (2(θ — θ))] =1 si signfsin (2(0 — θ))] = -1 si signfsin (2(0 — θ))] = 0 si sin (2(θ - θ)) > 0(16) sin (2(0 - 0)) < 0(17) sin (2(0-0)) = 0(18) où le terme sign signifie « signe de l’expression contenue ».
L’expression selon l’équation (15) décrit le signe de l’erreur d’estimation de la position sans nécessiter les techniques classiques basées sur les filtres passe bas (LPF).
Cette erreur d’estimation selon l’équation (15) est ensuite injectée comme information dans un ensemble d’étapes 200 de poursuite selon l’invention, pasà-pas et avec une convergence en temps fini.
Cet ensemble d’étapes 200 correspond à la deuxième partie 200 du procédé selon l’invention, qui a pour objectif d’estimer la position, la vitesse et l’accélération des machines électriques à courant alternatif.
Dans cette deuxième partie 200, pour rendre la procédure de réglage de la technique d’estimation de position, vitesse et d’accélération aisée, un estimateur, aussi appelé observateur, robuste et pas-à-pas, tel que représenté figure 4 est mis en œuvre pour faire converger les états de position, vitesse et accélération un par un, indépendamment des autres états. Ceci permet de régler la convergence de ces états en temps fini, chaque état étant pris séparément.
Lorsque la position estimée Θ est considérée comme étant égale à la position réelle Θ selon l’équation (19), autrement dit lorsqu’on considère, par approximation que l’erreur θ - Θ de position est nulle :
Si θ ~ θ (19) alors sin(0 - θ) = θ - θ (20)
Or la seule mesure pour l’estimateur est :
σ(ΐ) = sign(0 - θ), issue de la première partie 100 du procédé.
L’observateur robuste pas-à-pas proposé pour estimer la position, la vitesse et l’accélération est définit par les équations suivantes :
| θ = ώ + K0sign(9 — θ) | (21) |
| ώ = α + E1KCûsign(cû — ώ) | (22) |
| α = E2Kasign(â — α) Où : | (23) |
| ώ = ώ + K0[sign(0 - Ô)]Fiitré â = α + Κω [sign(cô - œ)]Filtré | (24) (25) |
avec , f 1 si f(z) = 0 1- ( 0 si f(z) Φ 0 (26) et
E2:
si Ex = 1 et ω — ώ = 0 sinon (27) et f(z) = |(|σ(ζ) - σ(ζ - 1)| + |σ(ζ -1)- σ(ζ - 2)|) où (28) σ(ζ) = ΤΖ (σ(ΐ)), σ = sign(0 — θ) (29) où ΤΖ représente la Transformée en Z qui permet de transformer la fonction temporelle σ(ΐ) en fonction discrète σ(ζ).
La fonction f(z) est introduite de sorte à détecter le phénomène du broutement, puisque seul le signe de l’erreur d’estimation est disponible comme information pour l’observateur ; la position du rotor n’étant pas disponible pour la mesure.
Afin d’obtenir les valeurs filtrées de vitesse ω et d’accélération a, on met en œuvre des filtres passe-bas (LPF) d’ordre 4 utilisés dans la deuxième partie
200 du procédé, en référence à la figure 5. Ces filtres passe-bas sont introduits pour réduire les phénomènes de broutements de la fonction signe et n’influent pas sur les estimations de position, de vitesse et d’accélération car ces estimations sont avantageusement découplées les unes des autres.
Le système mécanique virtuel de la position, la vitesse et l’accélération utilisé pour la conception de l'observateur (21), (22) et (23) est donné comme suit :
θ = ω(30) ώ = a(31) à = 0(32)
Les équations (33), (34) et (35) définissent l’erreur d’estimation de la position, la vitesse et l’accélération entre les équations (30)-(31)-(32) et l’observateur (21)(22)-(23) e0 = θ — θ (33) e(jj = ω — ώ (34) ea = a — a (35)
On déduit la dynamique d’erreur d’estimation par les équations suivantes :
έθ = e(JJ - K0sign(0 - θ)(36) θω = ea - Eil^signCô - ώ)(37) èa = -E2K(JJsign(â - a)(38) avec Κθ > Max(|eœ|), Kw > Max(|ea|) et Ka > 0 gains définissant une valeur positive pour borner les bruits.
Ainsi, il ressort que le procédé selon l’invention assure la convergence de la dynamique d’erreur d’estimation de la position, la vitesse et l’accélération (36)-(37)-(38) à zéro en temps fini.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé d’estimation de la vitesse et de la position d’un rotor (50) d’une machine électrique synchrone à rotor (50) bobiné alimenté par un onduleur triphasé, comprenant :- une étape de mesure des courants triphasés ( ia, ib, ic) en entrée de la machine synchrone à rotor (50) bobiné ;- une étape de transformation des courants triphasés ( ia, ib, ic) mesurés dans un repère diphasé (dqf,- une première partie (11) comprenant :- une étape d’injection d’un signal de tension haute-fréquence en en entrée de la machine ;caractérisé en ce que la première partie (11) comprend en outre la détermination d’une valeur d’erreur de position du rotor comportant :- une deuxième étape de transformation (101) des courants mesurés transformés dans un repère diphasé (dq) par une rotation de π/4 radians ;- une étape de démodulation (101) des courants transformés par la deuxième étape de transformation (101) comprenant un filtrage passe-haut ou passe-bande, et permettant de déterminer un signal d’erreur d’estimation (e) ;- une étape d’estimation (102) du déphasage (φε0πιρ) produit par l’accélération rotorique et par le filtrage passe-haut ou passe-bande de l’étape de démodulation (101) pour affiner le signal d’erreur d’estimation (e) déterminé lors de l’étape de démodulation (101) ;- une étape de séparation (103) de la composante haute fréquence de la composante basse fréquence des courants mesurés ; ladite étape de séparation (103) étant indépendante d’un filtrage passe-bas et permettant la détermination du signe de l’erreur d’estimation de la position rotorique ;le procédé comprenant en outre une deuxième partie (12) d’estimation pas-àpas de la position, de la vitesse et de l’accélération rotorique, à paramètres de gains découplés les uns des autres, en fonction du signe de l’erreur d’estimation obtenue.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de démodulation (101) comprend un filtrage passe-haut desdits courants.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’étape d’estimation (102) du déphasage comprend un filtrage basse-fréquence.
- 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’étape d’estimation (102) du déphasage comprend une boucle à verrouillage de phase.
- 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’étape de séparation (103) de la composante haute fréquence de la basse fréquence des courants mesurés comprend le calcul d’un signal d’erreur d’estimation de la position rotorique définit par l’équation :e = -V2Icn [sin (2(θ - θ))] cos(œct + φοοηιρ) dans laquelle lcn est l’amplitude de la composante négative du courant statorique, œc la pulsation du signal haute-fréquence injecté, et φεοιγΐρ le déphasage estimé (102) et (θ - Θ) l’erreur de position rotorique.
- 6. Procédé selon la revendication l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la deuxième partie (12) comprend la mise en œuvre d’au moins un filtre passe-bas.
- 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit filtre passe-bas est d’ordre 4.
- 8. Dispositif d’estimation de la vitesse et de la position d’un rotor comprenant des moyens pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
- 9. Ensemble électrique comprenant une machine électrique synchrone à rotor bobiné, et un dispositif d’estimation selon la revendication 8.
- 10. Véhicule automobile comprenant un ensemble électrique selon la revendication 9.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1856535A FR3083863B1 (fr) | 2018-07-16 | 2018-07-16 | Procede d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor d'une machine synchrone a rotor bobine |
| PCT/EP2019/067754 WO2020016002A1 (fr) | 2018-07-16 | 2019-07-02 | Procédé d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor d'une machine synchrone à rotor bobiné |
| CN201980047989.2A CN112425062A (zh) | 2018-07-16 | 2019-07-02 | 用于估计绕线转子同步机器的转子的速度和位置的方法 |
| EP19733828.8A EP3824541A1 (fr) | 2018-07-16 | 2019-07-02 | Procédé d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor d'une machine synchrone à rotor bobiné |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1856535A FR3083863B1 (fr) | 2018-07-16 | 2018-07-16 | Procede d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor d'une machine synchrone a rotor bobine |
| FR1856535 | 2018-07-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3083863A1 true FR3083863A1 (fr) | 2020-01-17 |
| FR3083863B1 FR3083863B1 (fr) | 2020-06-19 |
Family
ID=63312162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1856535A Active FR3083863B1 (fr) | 2018-07-16 | 2018-07-16 | Procede d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor d'une machine synchrone a rotor bobine |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3824541A1 (fr) |
| CN (1) | CN112425062A (fr) |
| FR (1) | FR3083863B1 (fr) |
| WO (1) | WO2020016002A1 (fr) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102022133896A1 (de) * | 2022-12-19 | 2024-06-20 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Verfahren zur Erfassung einer Ausgangsdrehlage eines Rotors |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040070360A1 (en) * | 2002-10-10 | 2004-04-15 | Steven E. Schulz | Amplitude detection method and apparatus for high frequency impedance tracking sensorless algorithm |
| CN105356806A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-02-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种采用方波注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法 |
| EP3012962A1 (fr) * | 2014-10-23 | 2016-04-27 | Renault S.A.S. | Procédé de commande d'une machine électrique triphasée synchrone à rotor bobiné |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020007050A (ko) * | 2000-07-14 | 2002-01-26 | 설승기 | 교류 전동기의 자속 기준 제어 방법 및 시스템 |
| JP4178834B2 (ja) * | 2002-05-24 | 2008-11-12 | 株式会社明電舎 | Ｐｍモータの制御装置 |
| US8159168B2 (en) * | 2009-05-29 | 2012-04-17 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Rotor position estimator for an electrical machine |
| KR101109909B1 (ko) * | 2010-03-19 | 2012-02-29 | 서울대학교산학협력단 | 교류 전동기 제어 장치 및 제어 방법 |
| EP2552014A3 (fr) * | 2011-07-28 | 2016-08-17 | Vestas Wind Systems A/S | Procédé de contrôle de position d'une machine électrique sans capteur |
| CN105245151B (zh) * | 2015-11-04 | 2018-02-16 | 南京航空航天大学 | 表贴式永磁同步电机转子位置的检测方法 |
| US20170151875A1 (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-01 | Faraday&Future Inc. | Detecting position measurement errors in an electric motor system |
-
2018
- 2018-07-16 FR FR1856535A patent/FR3083863B1/fr active Active
-
2019
- 2019-07-02 CN CN201980047989.2A patent/CN112425062A/zh active Pending
- 2019-07-02 WO PCT/EP2019/067754 patent/WO2020016002A1/fr unknown
- 2019-07-02 EP EP19733828.8A patent/EP3824541A1/fr not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040070360A1 (en) * | 2002-10-10 | 2004-04-15 | Steven E. Schulz | Amplitude detection method and apparatus for high frequency impedance tracking sensorless algorithm |
| EP3012962A1 (fr) * | 2014-10-23 | 2016-04-27 | Renault S.A.S. | Procédé de commande d'une machine électrique triphasée synchrone à rotor bobiné |
| CN105356806A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-02-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种采用方波注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIE YUNXIANG ET AL: "A Study on High Frequency Signal Injection Method of Aiming at Detecting the Rotor Position of the Salient - pole Brushless DC Motor", ELECTRICAL MACHINES AND SYSTEMS, 2005. ICEMS 2005. PROCEEDINGS OF THE EIGHTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON NANJING, CHINA 27-29 SEPT. 2005, PISCATAWAY, NJ, USA,IEEE, vol. 3, 27 September 2005 (2005-09-27), pages 2369 - 2372, XP010877841, ISBN: 978-7-5062-7407-4 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3824541A1 (fr) | 2021-05-26 |
| FR3083863B1 (fr) | 2020-06-19 |
| CN112425062A (zh) | 2021-02-26 |
| WO2020016002A1 (fr) | 2020-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2246973B1 (fr) | Procédé de détermination de la position du vecteur de flux d'un moteur | |
| FR3062762A1 (fr) | Procede d'estimation de la position angulaire d’un rotor d’un systeme d’entrainement electrique | |
| EP2790957A1 (fr) | Procede de charge sans contact d'une batterie d'un vehicule automobile electrique | |
| FR3083863A1 (fr) | Procede d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor d'une machine synchrone a rotor bobine | |
| EP3221958B1 (fr) | Procédé de commande d'une machine électrique synchrone à rotor bobiné | |
| WO2020020924A1 (fr) | Procede de verification du calage d'un capteur de position angulaire d'un rotor pour vehicule | |
| WO2020244954A1 (fr) | Procédé d'estimation du couple électromagnétique d'une machine électrique synchrone | |
| EP3476037B1 (fr) | Procédé d'estimation de la position et de la vitesse du rotor d'une machine à courant alternatif pour véhicule automobile et système correspondant | |
| WO2022228923A1 (fr) | Procede de determination du couple d'une machine electrique | |
| EP3824540B1 (fr) | Procédé de détermination de la position et de la vitesse du rotor d'une machine électrique synchrone à rotor bobiné | |
| WO2019215400A1 (fr) | Procédé de détermination d'un courant estimé d'un moteur électrique triphasé en mode dégradé | |
| WO2023062167A1 (fr) | Procédé d'estimation de la position et de la vitesse du rotor d'une machine électrique synchrone à aimant permanent | |
| EP3012962A1 (fr) | Procédé de commande d'une machine électrique triphasée synchrone à rotor bobiné | |
| EP3853994A1 (fr) | Procédé de détermination du flux magnétique d'une machine électrique | |
| EP0469509A1 (fr) | Procédé et dispositif de commande de moteur asynchrone par régulation de flux d'induction magnétique | |
| EP4101065B1 (fr) | Procédé d'estimation du couple électromagnétique d'une machine électrique synchrone | |
| EP4002675B1 (fr) | Procédé et dispositif d'estimation de la position d'un rotor de machine électrique synchrone | |
| EP2992602B1 (fr) | Procede de verification du fonctionnement d'un groupe motopropulseur equipant un vehicule automobile et systeme correspondant | |
| EP4420231A1 (fr) | Commande d'une machine électrique tournante | |
| EP4412080A1 (fr) | Procédé de détermination en temps réel de la température d'un rotor d'une machine électrique | |
| EP3242111A1 (fr) | Procede de correction d'une mesure d angle d'un rotor dans une machine electrique | |
| EP0975126A1 (fr) | Procédé d'estimation d'erreur de fréquence d'un d'émodulateur QPSK |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20200117 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| CA | Change of address |
Effective date: 20221005 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |